KR101359333B1 - Multi-electrode cell test apparatus - Google Patents

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KR101359333B1
KR101359333B1 KR1020120096106A KR20120096106A KR101359333B1 KR 101359333 B1 KR101359333 B1 KR 101359333B1 KR 1020120096106 A KR1020120096106 A KR 1020120096106A KR 20120096106 A KR20120096106 A KR 20120096106A KR 101359333 B1 KR101359333 B1 KR 101359333B1
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electrode cell
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최정희
최해영
도칠훈
이상민
이유진
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한국전기연구원
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Abstract

The present invention relates to a multi-electrode cell test apparatus which is useful in fault judgment of a battery cell like overcharge etc, because the apparatus can perform a charging/discharging test of a secondary battery cell, by making atmosphere of temperature, humidity, vacuum level and inert gases required for measurement in a chamber which is manufactured with a SUS material of high intensity in preparation for fire or explosion etc, and can remove an electrode easily for applying electricity to the cell, and can perform the charging/discharging test of several battery cells at the same time. [Reference numerals] (130) Vacuum gauge; (140) View window; (150) Gas inlet; (160) Gas outlet; (170) Electrode feedthrough; (180) Control device; (181) Gas supply unit; (182) Power supply unit; (AA) Bonding; (BB) Battery; (CC) Mass analysis; (DD) LIF measurement

Description

다중 전극 셀 테스트 장치{Multi-Electrode Cell Test Apparatus}Multi-Electrode Cell Test Apparatus

본 발명은 2차 전지(셀)의 충방전 테스트를 위한 장치에 관한 것으로, 화재나 폭발 등에 대비하여 안전하도록 강도가 강한 SUS 재질로 제작된 챔버 내에 측정에 필요한 온도, 습도, 진공도, 비활성기체 등의 분위기를 만들어, 2차 전지(셀)의 충방전 테스트를 수행하되, 전지에 전원 인가를 위한 전극의 탈착이 용이하며 여러 개의 전지를 동시에 충방전 테스트할 수도 있어서, 과충전 여부 등 전지의 불량 판정이나 전지 설계에 유용한 다중 전극 셀 테스트 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for charging and discharging a secondary battery (cell), the temperature, humidity, vacuum degree, inert gas, etc. required for measurement in a chamber made of a strong SUS material to be safe against fire or explosion Charge / discharge test of the secondary battery (cell) is made, but the electrode can be easily attached and detached for application of power to the battery, and the charge / discharge test of several batteries can be performed at the same time. Or a multi-electrode cell test apparatus useful for battery design.

2차 전지의 수명에 영향을 주는 요인은 여러 가지 존재하나 특히 과충전에 의한 전지의 성능 저하 현상이 일반적으로 많이 일어난다. 과충전은 전지의 정상적인 작동전압 이상으로 충전되는 현상으로 충전기의 오작동에 의해서 많이 발생되고 있다. 또한, 2차 전지는 과충전 상태에서 전지내의 비정상적인 전기화학 반응이 일어나 열이 발생하므로 이에 대한 안전성이 필요하며, 제조과정에서의 결함이나 전지의 오용이나 남용 등에 의해 과충전 상태에 이르고 내부 단락이 야기되어 수명을 단축시킬 수 있다. There are many factors affecting the life of the secondary battery, but in particular, the performance degradation of the battery due to overcharging generally occurs a lot. Overcharge is a phenomenon in which the battery is charged above the normal operating voltage, which is frequently caused by a malfunction of the charger. In addition, the secondary battery needs abnormal safety due to abnormal electrochemical reaction in the battery and generates heat in the overcharged state. It can shorten the life.

또한, 2차 전지에서 양극의 전위보다 높은 분해전위를 갖는 전해질이 사용되므로 일반적인 상태에서는 전해질의 분해반응이 일어나지 않으나, 과충전 상태에서 양극의 전위가 상승하면 전위값이 전해질의 분해전위 이상이 되어 발열을 동반한 전해질의 산화반응이 야기되어 수명을 단축시킬 수 있다. 또한, 양극 활물질로서 사용되는 높은 산화수의 금속 산화물이 과충전 상태의 고온에서 구조변화를 동반하면서 많은 열과 함께 산소를 방출하여 수명을 단축시킬 수 있다.In addition, since electrolyte having a decomposition potential higher than that of the positive electrode is used in the secondary battery, the decomposition reaction of the electrolyte does not occur in a normal state. However, when the potential of the positive electrode rises in an overcharge state, the potential value becomes higher than the decomposition potential of the electrolyte and generates heat. Oxidation reaction of the electrolyte is caused to reduce the lifespan. In addition, the metal oxide of the high oxidation number used as the positive electrode active material is accompanied by a structural change at a high temperature of the overcharged state and release oxygen with a lot of heat to shorten the life.

위와 같은 과충전 등 여러 요인들이 전지의 성능과 수명에 영향을 미치고 있으며, 이와 같은 영향을 편리하고 효과적으로 확인하고 분석하기 위한 장치가 필요한 실정이다.Many factors such as overcharging affect the battery performance and lifespan, and there is a need for a device for conveniently and effectively identifying and analyzing such effects.

또한, 전지를 구성하는 양극, 음극, 전해질의 종류에 따라 초기 충전시 발생하는 가스의 양과 종류가 다르다. 초기 충전시 발생하는 가스는 이후 전지의 성능에 크게 영향을 미치므로, 이에 대한 정립이 필요하다. 그리고, 어느 전압 구간에서 가스가 발생하고, 그러한 가스 발생이 전지 성능에 미치는 영향을 살펴볼 필요가 있다. 일반적인 셀은 초기 충전시 발생하는 가스를 포집하기가 어렵고, 분석하기가 용이하지 않다. 따라서, 이러한 초기 충전시 발생하는 가스, 각 전극의 전위 등에 대한 정확한 분석을 통해서 초기충전 조건을 최적화하고, 향후 셀 성능과 안전성을 향상시킬 수 있다. In addition, the amount and type of gas generated during initial charging differ depending on the type of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte constituting the battery. Since the gas generated during the initial charging greatly affects the performance of the battery, it is necessary to establish it. In addition, it is necessary to look at the gas generated in a certain voltage range, the effect of such gas generation on the battery performance. Typical cells are difficult to capture gases that occur during initial charging and are not easy to analyze. Therefore, through the accurate analysis of the gas generated during the initial charge, the potential of each electrode, and the like to optimize the initial charging conditions, it is possible to improve the cell performance and safety in the future.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 화재나 폭발 등에 대비하여 안전하도록 강도가 강한 SUS 재질 혹은 화학적으로 안정한 재질로 제작된 챔버 내에 측정에 필요한 온도, 습도, 진공도, 비활성기체 등의 분위기를 만들어, 2차 전지(셀)의 충방전 테스트를 수행하되, 전지에 전원 인가를 위한 전극의 탈착이 용이하며 여러 개의 전지를 동시에 충방전 테스트할 수도 있어서, 과충전 여부 등 전지의 불량 판정이나 전지 설계에 유용한 다중 전극 셀 테스트 장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-described problems, the object of the present invention, the temperature, humidity, required for the measurement in a chamber made of a strong SUS material or a chemically stable material to be safe against fire or explosion, etc. Create an atmosphere such as vacuum level, inert gas, etc. to perform the charge / discharge test of the secondary battery (cell), but it is easy to detach the electrode for applying power to the battery and to charge and discharge the battery at the same time, it is possible to overcharge The present invention provides a multi-electrode cell test apparatus useful for battery failure determination and battery design.

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른, 2차 전지의 충방전 테스트를 위한 다중 전극 셀 테스트 장치는, 챔버 본체; 상기 챔버 본체를 덮기 위하여 결합되는 하부 지지판과 상부 덮개판; 상기 챔버 본체의 측벽에 결합된 상기 챔버 본체 내부의 진공도를 측정하는 진공 게이지; 상기 챔버 본체의 측벽에 결합된 상기 챔버 본체 내부를 조망하기 위한 조망창; 상기 상부 덮개판을 관통하는 홀에 결합되어 상기 챔버 본체 내부로 가스 공급을 위한 가스 인렛 라인; 상기 상부 덮개판을 관통하는 다른 홀에 결합되어 상기 챔버 본체 내부의 가스를 배출하기 위한 가스 아웃렛 라인; 및 상기 상부 덮개판을 관통하는 또 다른 홀에 결합되어 상기 챔버 본체 내부에 장착된 복수의 2차 전지에 전원을 공급하기 위한 복수의 전극 피드쓰루를 포함한다.First, to summarize the features of the present invention, in accordance with an aspect of the present invention for achieving the object of the present invention, a multi-electrode cell test apparatus for charge and discharge testing of a secondary battery, the chamber body; A lower support plate and an upper cover plate coupled to cover the chamber body; A vacuum gauge for measuring a degree of vacuum inside the chamber body coupled to the side wall of the chamber body; A viewing window for viewing the inside of the chamber body coupled to the side wall of the chamber body; A gas inlet line coupled to a hole passing through the upper cover plate to supply gas into the chamber body; A gas outlet line coupled to another hole passing through the upper cover plate for discharging gas inside the chamber body; And a plurality of electrode feedthroughs coupled to another hole penetrating through the upper cover plate to supply power to a plurality of secondary batteries mounted inside the chamber body.

상기 다중 전극 셀 테스트 장치는, 상기 가스 인렛 라인으로 상기 복수의 2차 전지의 충방전 테스트 중 가스를 공급하는 가스 공급기; 상기 복수의 전극 피드쓰루와 케이블로 연결되어 상기 복수의 2차 전지의 충방전 테스트 중 전원을 공급하기 위한 전원장치; 및 상기 복수의 2차 전지의 충방전 테스트 중, 상기 가스 공급기를 제어하여 선택한 한 종류 이상의 가스가 상기 챔버 본체 내부로 공급되도록 제어하며, 상기 전원장치를 제어하여 선택한 전원이 상기 복수의 전극 피드쓰루 중 해당 전극 피드쓰루로 공급되도록 제어하는 제어장치를 더 포함할 수 잇다.The multi-electrode cell test apparatus may include a gas supplier configured to supply a gas during charge / discharge test of the plurality of secondary batteries to the gas inlet line; A power supply device connected to the plurality of electrode feedthroughs and a cable to supply power during charge / discharge tests of the plurality of secondary batteries; And controlling the gas supply so that at least one selected gas is supplied into the chamber body during the charge / discharge test of the plurality of secondary batteries, and the selected power is controlled by the power supply device. It may further include a control unit for controlling to be supplied to the corresponding electrode feed-through.

상기 제어장치는, 상기 충방전 테스트 중, 상기 가스 인렛 라인의 가스 인렛에 설치된 밸브와 상기 가스 아웃렛 라인의 가스 아웃렛에 설치된 진공 펌프를 제어하여, 상기 챔버 본체 내부를 미리 설정한 진공도로 유지시킬 수 있다.The controller may control the valve installed in the gas inlet of the gas inlet line and the vacuum pump installed in the gas outlet of the gas outlet line during the charging and discharging test to maintain the inside of the chamber body at a predetermined vacuum degree. have.

상기 다중 전극 셀 테스트 장치는, 상기 2차 전지의 충방전 테스트 동안 상기 2차 전지 내부에서 생성되는 반응 가스를 분석하기 위해 상기 챔버 본체 내부에 장착된 분석기기를 더 포함할 수 있다.The multi-electrode cell test apparatus may further include an analyzer mounted inside the chamber body to analyze the reaction gas generated inside the secondary battery during the charge / discharge test of the secondary battery.

상기 분석기기는, 상기 반응 가스의 질량 분석으로 가스의 종류를 판정하기 위한 질량 분석기를 포함할 수 있다.The analyzer may include a mass analyzer for determining the type of gas by mass spectrometry of the reaction gas.

상기 분석기기는, 상기 반응 가스에 대한 LIF(Laser Induced Fluorescence) 분석으로 가스의 종류를 판정하기 위한 LIF 분석기를 포함할 수 있다.The analyzer may include a LIF analyzer for determining the type of gas by laser induced fluorescence (LIF) analysis of the reaction gas.

이외에도, 상기 다중 전극 셀 테스트 장치는, 상기 제어장치에 의한 제어로 상기 챔버 본체 내부의 온도 제어를 위한 가열/냉각기, 또는 상기 챔버 본체 내부의 온도를 감지하기 위한 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 다중 전극 셀 테스트 장치는, 상기 제어장치에 의한 제어로 상기 챔버 본체 내부의 습도 제어를 위한 습도 상승/하강기, 또는 상기 챔버 본체 내부의 습도를 감지하기 위한 습도 센서를 더 포함할 수 있다.In addition, the multi-electrode cell test apparatus may further include a heating / cooler for temperature control inside the chamber body under the control of the controller, or a temperature sensor for sensing a temperature inside the chamber body. The multi-electrode cell test apparatus may further include a humidity rising / falling device for controlling humidity in the chamber body or a humidity sensor for sensing humidity in the chamber body by the control device.

본 발명에 따른 다중 전극 셀 테스트 장치에 따르면, 챔버가 SUS 재질로 제작되어 화재나 폭발 등에 대비하여 안전을 유지할 수 있으며, 충방전 테스트를 위한 챔버 내의 온도, 습도, 진공도, 비활성기체 등의 분위기 조절이 자유롭고, 전지에 전원 인가를 위한 전극의 탈착이 용이하고, 여러 개의 전지를 동시에 충방전 테스트할 수도 있다. 과충전 여부 등 전지의 불량 판정이나 전지 설계에 유용하게 활용될 수 있다.According to the multi-electrode cell test apparatus according to the present invention, the chamber is made of SUS material to maintain safety against fire or explosion, and to control the atmosphere, such as temperature, humidity, vacuum degree, inert gas, etc., in the chamber for the charge / discharge test. This free, easy attachment and detachment of electrodes for applying power to the battery, and the charge / discharge test of several batteries can be performed simultaneously. It can be usefully used for battery failure determination or battery design such as overcharge or not.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 전극 셀 테스트 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 조망창 쪽에서 바라볼 때의 챔버 본체의 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 전극 셀 테스트 장치의 충방전 테스트 개념을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a multi-electrode cell test apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view of the chamber body when viewed from the viewing window side of FIG. 1.
3 is a view for explaining a charge and discharge test concept of a multi-electrode cell test apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다중 전극 셀 테스트 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a multi-electrode cell test apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 전극 셀 테스트 장치(100)는, 챔버(chamber) 본체(110), 챔버 본체(110)를 덮기 위하여 결합되는 하부 지지판(122)과 상부 덮개판(121), 챔버 본체(110)의 측벽에 결합된 챔버 본체(110) 내부의 진공도를 측정하는 진공 게이지(gauge)(130), 챔버 본체(110)의 측벽에 결합된 챔버 본체(110) 내부를 조망하기 위한 조망창(140), 상부 덮개판(121)을 관통하는 홀에 결합되어 챔버 본체(110) 내부로 가스 공급을 위한 가스 인렛(inlet) 라인(150, 151, 152), 상부 덮개판(121)을 관통하는 다른 홀에 결합되어 챔버 본체(110) 내부의 가스를 배출하기 위한 가스 아웃렛(outlet) 라인(160, 161, 162), 상부 덮개판(121)을 관통하는 또 다른 홀에 결합되어 챔버 본체(110) 내부에 장착된 복수의 2차 전지에 전원을 공급하기 위한 복수의 전극 피드쓰루(feed-through)(170)을 포함할 수 있다. 조망창(140) 쪽에서 바라볼 때의 챔버 본체(140) 관련 측면도인 도 2를 참조하면, 전극 피드쓰루(170)는 복수개(171, 172, 173)로 이루어질 수 있고, 필요에 따라 더 많은 수의 전극 피드쓰루가 포함되도록 다중 전극 셀 테스트 장치(100)가 설계될 수도 있다. 이외에도 다중 전극 셀 테스트 장치(100)는 도 1과 같이 제어 장치(180), 가스 공급기(181), 전원장치(182) 등을 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the multi-electrode cell test apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a chamber main body 110 and a lower support plate 122 coupled to cover the chamber main body 110. The cover plate 121, a vacuum gauge 130 for measuring the degree of vacuum inside the chamber body 110 coupled to the sidewall of the chamber body 110, and the chamber body 110 coupled to the sidewall of the chamber body 110. A gas inlet line 150, 151, 152 coupled to a viewing window 140 for viewing the inside, a hole passing through the upper cover plate 121, and supplying gas into the chamber body 110. It is coupled to another hole penetrating through the upper cover plate 121 to penetrate the gas outlet line (160, 161, 162), the upper cover plate 121 for discharging the gas inside the chamber body (110) A plurality of electrode feed-throughs coupled to other holes for supplying power to a plurality of secondary batteries mounted inside the chamber body 110. And may include 170. Referring to FIG. 2, which is a side view of the chamber main body 140 when viewed from the viewing window 140 side, the electrode feedthrough 170 may be formed of a plurality of 171, 172, and 173, and a larger number as necessary. The multi-electrode cell test apparatus 100 may be designed to include an electrode feedthrough of the. In addition, the multi-electrode cell test apparatus 100 may further include a control device 180, a gas supply 181, a power supply 182, and the like as shown in FIG. 1.

덮개를 위한 하부 지지판(122)은 챔버 본체(110)에 고정되어 있을 수 있으며, 상부 덮개판(121)이 볼트, 너트 등 체결 수단을 통해 하부 지지판(122) 위에서 하부 지지판(122)과 결합될 수 있다. The lower support plate 122 for the cover may be fixed to the chamber body 110, the upper cover plate 121 is coupled to the lower support plate 122 on the lower support plate 122 through the fastening means, such as bolts, nuts. Can be.

사용자는 충방전 테스트될 2차 전지를 챔버 본체(110) 내부에 장착하기 위하여, 상부 덮개판(121)을 하부 지지판(122)으로부터 분리하고, 챔버 본체(110) 내부가 들여다 보이게 한 후, 챔버 본체(110) 내부의 적절한 거치 수단에 하나 이상의 2차 전지를 장착할 수 있다. 챔버 본체(110)는 SUS 재질 또는 화학적으로 안정한 재질로 제작되어 화재나 폭발 등에 대비해 안전을 유지할 수 있다. The user detaches the upper cover plate 121 from the lower support plate 122 to mount the secondary battery to be charged and discharged in the chamber main body 110, and allows the inside of the chamber main body 110 to look inside, and then the chamber. One or more secondary batteries may be mounted in a suitable mounting means inside the main body 110. The chamber body 110 may be made of SUS material or chemically stable material to maintain safety against fire or explosion.

각 전극 피드쓰루(171, 172, 173)는 상부 덮개판(121)을 관통하는 일련의 홀들(hole)에 각각 탈착이 용이하도록 결합되어 있으며, 각 전극 피드쓰루(171, 172, 173)에는 DC 전원을 위한 2가닥 전원 전극이 구비되어 있고, 그 외부는 케이블에 의해 전원 장치(182)와 연결되어 있다. 사용자는 챔버 본체(110) 내부로 나와 있는 각 전극 피드쓰루(171, 172, 173)의 전극들 중 해당 전극 피드쓰루(들)의 2 전극들에 연결된 내부 전극 케이블들에 충방전 테스트될 2차 전지의 2단자를 연결한 후, 상부 덮개판(121)을 하부 지지판(122) 위로 덮어 하부 지지판(122)과 결합시킬 수 있다. Each of the electrode feedthroughs 171, 172, and 173 is coupled to each of the series of holes penetrating the upper cover plate 121 so as to be easily detached, and each of the electrode feedthroughs 171, 172, and 173 includes a DC. Two stranded power electrodes are provided for the power supply, the outside of which is connected to the power supply device 182 by a cable. A user may perform secondary charging / discharge testing on the internal electrode cables connected to the two electrodes of the corresponding electrode feedthrough (s) among the electrodes of the respective electrode feedthroughs 171, 172, and 173 extending into the chamber body 110. After connecting two terminals of the battery, the upper cover plate 121 may be covered with the lower support plate 122 to be coupled with the lower support plate 122.

상부 덮개판(121)을 관통하는 홀(예, 전극 피드쓰루를 위한 중앙홀의 좌측 홀)에 소정의 체결수단(152)으로 인렛 가스관(151)이 결합되어 있으며, 인렛 가스관(151)의 반대쪽 가스 인렛(150)은 가스공급기(181)로부터 질소, 불활성 가스 등 소정의 가스를 공급받기 위하여 가스공급기(181)에 소정의 가스관으로 연결된다. 가스 인렛(150)은 공급 가스의 유량을 조절하는 밸브와 유량 게이지가 포함할 수 있다. 상부 덮개판(121)을 관통하는 홀(예, 전극 피드쓰루를 위한 중앙홀의 우측 홀)에 소정의 체결수단(162)으로 아웃렛 가스관(161)이 결합되어 있으며, 아웃렛 가스관(161)의 반대쪽 가스 아웃렛(160)에는 챔버 본체(110)의 가스를 배출하기 위한 진공 펌프(도시 되지 않음)가 연결될 수 있고 진공 펌프에서 배출되는 가스는 소정의 가스관을 통해 공기중으로 배출될 수 있다. The inlet gas pipe 151 is coupled to the hole penetrating the upper cover plate 121 (for example, the left hole of the central hole for the electrode feed-through) with a predetermined fastening means 152, and the gas opposite to the inlet gas pipe 151. The inlet 150 is connected to the gas supplier 181 by a predetermined gas pipe in order to receive a predetermined gas such as nitrogen or an inert gas from the gas supplier 181. The gas inlet 150 may include a valve and a flow gauge for adjusting the flow rate of the supply gas. The outlet gas pipe 161 is coupled to a hole through the upper cover plate 121 (eg, the right hole of the central hole for the electrode feed-through) with a predetermined fastening means 162, and the gas opposite to the outlet gas pipe 161. The outlet 160 may be connected to a vacuum pump (not shown) for discharging the gas of the chamber body 110, and the gas discharged from the vacuum pump may be discharged into the air through a predetermined gas pipe.

2차 전지는 진공 상태가 아닌 환경에서도 충방전 테스트될 수 있으나, 소정의 진공 상태와 가스 분위기에서 충방전 테스트를 위하여 사용자는 제어장치(180)에 필요한 설정을 할 수 있다. 제어장치(180)는 LCD 등 디스플레이 수단과 키입력 수단 등을 구비하며, 사용자가 키입력 수단을 통하여 입력함에 따라 하기와 같은 제어를 수행하는 회로 수단 등을 구비하는 장치로서, 컴퓨터 또는 전용 기기일 수 있다. Although the secondary battery may be charged and discharged in an environment that is not in a vacuum state, the user may set necessary settings for the controller 180 for the charge and discharge test in a predetermined vacuum state and a gas atmosphere. The controller 180 includes a display means such as an LCD, a key input means, and the like, and includes a circuit means for performing the following control as the user inputs through the key input means, and is a computer or a dedicated device. Can be.

예를 들어, 2차 전지의 충방전 테스트를 위한 사용자의 입력에 따라, 제어장치(180)는 가스 공급기(181)를 제어하여 선택한 한 종류 이상의 가스가 챔버 본체(110) 내부로 공급되도록 제어할 수 있으며, 또한 전원장치(182)를 제어하여 선택한 전원(DC를 위한 2가닥 전원)이 복수의 전극 피드쓰루(170) 중 해당 전극 피드쓰루로 공급되도록 제어할 수 있다.For example, according to a user's input for the charge / discharge test of the secondary battery, the controller 180 may control the gas supplier 181 to control one or more selected gases to be supplied into the chamber body 110. In addition, the power supply 182 may be controlled to control the selected power (two-stranded power for DC) to be supplied to the corresponding electrode feedthrough of the plurality of electrode feedthroughs 170.

이때, 제어장치(180)는 가스 인렛(150)에 설치된 밸브와 가스 아웃렛(160)에 설치된 진공 펌프를 제어하여, 챔버 본체(110) 내부를 미리 설정한 진공도로 유지시킬 수 있다. 충방전 테스트 중 가스 인렛(150)의 밸브 조절을 통하여 질소, 비활성 가스 등 필요한 가스가 적절히 공급되어 챔버 본체(110) 내부가 충방전 테스트를 위한 적절한 분위기가 되도록 할 수 있다. In this case, the controller 180 may control the valve installed in the gas inlet 150 and the vacuum pump installed in the gas outlet 160 to maintain the inside of the chamber body 110 at a preset vacuum degree. By controlling the valve of the gas inlet 150 during the charge / discharge test, necessary gas such as nitrogen and inert gas may be appropriately supplied so that the inside of the chamber main body 110 may be an appropriate atmosphere for the charge / discharge test.

사용자는 가스 인렛(150)의 유량계를 통하여 가스의 유량을 확인할 수 있으며, 진공 게이지(130)를 통하여 챔버 본체(110) 내부의 진공도를 확인할 수 있다. The user may check the flow rate of the gas through the flow meter of the gas inlet 150, and may check the degree of vacuum inside the chamber body 110 through the vacuum gauge 130.

또한, 필요한 경우에, 챔버 본체(110) 내부의 온도 제어를 위한 가열/냉각기(도시 되지 않음)가 더 구비되어, 챔버 본체(110) 주위(내부 또는 외부)에 적절히 설치될 수 있으며, 챔버 본체(110) 내부에 설치되어 챔버 본체(110) 내부의 온도를 감지하기 위한 온도 센서(도시 되지 않음)도 구비될 수 있다. 2차 전지의 충방전 테스트를 위한 사용자의 입력에 따라, 제어장치(110)는 이와 같은 온도 센서의 신호에 따라 가열/냉각기를 제어해 챔버 본체(110) 내부를 설정된 적절한 온도로 유지시킬 수 있다. In addition, if necessary, a heating / cooler (not shown) for temperature control inside the chamber main body 110 is further provided, and may be properly installed around the chamber main body 110 (internal or external), and the chamber main body Installed inside 110, a temperature sensor (not shown) for sensing a temperature inside the chamber body 110 may also be provided. According to a user's input for the charge / discharge test of the secondary battery, the controller 110 may control the heating / cooler according to the signal of the temperature sensor so as to maintain the inside of the chamber body 110 at a predetermined appropriate temperature. .

또한, 필요한 경우에, 챔버 본체(110) 내부의 습도 제어를 위한 습도 상승/하강기(도시 되지 않음)가 더 구비되어, 챔버 본체(110) 내부에 적절히 설치될 수 있으며, 챔버 본체(110) 내부에 설치되어 챔버 본체(110) 내부의 습도를 감지하기 위한 습도 센서(도시 되지 않음)도 구비될 수 있다. 2차 전지의 충방전 테스트를 위한 사용자의 입력에 따라, 제어장치(110)는 이와 같은 습도 센서의 신호에 따라 습도 상승/하강기를 제어해 챔버 본체(110) 내부를 설정된 적절한 습도로 유지시킬 수도 있다. In addition, if necessary, a humidity increase / lower (not shown) for controlling humidity inside the chamber body 110 may be further provided, and may be properly installed in the chamber body 110, and may be installed inside the chamber body 110. Installed in the chamber body 110 may also be provided with a humidity sensor (not shown) for detecting the humidity. According to the user's input for the charge / discharge test of the secondary battery, the control device 110 may control the humidity rise / fall according to the signal of the humidity sensor to maintain the inside of the chamber main body 110 at a set appropriate humidity. have.

이와 같이 테스트 준비가 되면, 사용자는 조망창(140)을 통해 챔버 본체(110) 내부의 2차 전지의 상태를 확인하면서 충방전 테스트를 진행할 수 있다. When the test is prepared as described above, the user may proceed with the charge / discharge test while checking the state of the secondary battery inside the chamber body 110 through the viewing window 140.

복수의 전극 피드쓰루(170) 중 선택된 전극 피드쓰루의 전극들에 연결된 챔버 본체(110) 내부의 2차 전지(들)은 1,2,3 또는 그 이상의 수일 수 있으며, 이러한 2차 전지에 전원이 공급되어 충방전 상태가 테스트되는 동안 과충전이 일어나면 전지 내에 전기적인 저항에 의해 열이 발생하여 점점 온도가 상승한다. 이때 Li 이차전지의 경우 양극에서는 정상 충전상태에 비해 과량의 리튬이 나오게 되고 음극에서는 수용할 수 있는 리튬보다 더 많은 양이 들어오고자 하여 잉여의 리튬들이 음극 표면에 석출되면서 리튬 금속 형태로 석출된다. 또한 양극에서는 구조붕괴가 일어나 열에너지뿐만 아니라 동시에 산소를 발생할 수 있다. 양극과 음극에서 발생하는 열에 의해 분리막이 녹게 되면 양극과 음극이 내부단락(internal short)이 되는 상태로 진전될 수도 있다. Among the plurality of electrode feedthroughs 170, the secondary battery (s) inside the chamber body 110 connected to the electrodes of the selected electrode feedthrough may be 1,2,3 or more, If overcharge occurs while the charge / discharge state is supplied and the charge / discharge state is tested, heat is generated due to electrical resistance in the battery, and the temperature gradually increases. In the case of Li secondary battery, the excess lithium comes out from the positive electrode in comparison with the normal state of charge, and the excess lithium is precipitated in the form of lithium metal as the excess lithium precipitates on the surface of the negative electrode in order to enter a larger amount than the acceptable lithium in the negative electrode. . In addition, structural collapse occurs at the anode, which may generate oxygen as well as thermal energy. When the separator is melted by the heat generated from the positive electrode and the negative electrode, the positive electrode and the negative electrode may be advanced into an internal short.

과충전 조건에서 전해액의 점도를 급격히 상승시켜 이온 흐름을 저하시킨다든지 또는 전해액 첨가제를 사용하여 과충전 시 첨가제가 양극과 음극의 표면에서 분해되어 전기적으로 절연성인 물질을 형성하여 전기의 흐름을 차단하도록 하는 전지 기술을 사용하는 경우가 있다. 양극에서 지나치게 높은 전압에 의해 전해액이 분해가 되면 많은 가연성 가스가 발생할 수 있으며, 양극 활물질 자체의 열적인 안정성도 급격히 낮아져 많은 발열을 수반한 붕괴(폭발)가 일어날 수도 있다. 전지를 안전하게 사용하고 장시간 사용하기 위해서는 이렇게 과충전 및 기타 주변 환경으로 인하여 일어날 수 있는 문제점들이 발생하지 않으며 전지의 내부 구성 물질들을 보호해 줄 수 있어야 한다. Batteries that reduce the flow of ions by rapidly increasing the viscosity of the electrolyte under overcharging conditions or by using electrolyte additives to decompose the additives on the surface of the anode and cathode, forming an electrically insulating material to block the flow of electricity. Sometimes technology is used. When the electrolyte is decomposed by an excessively high voltage at the positive electrode, a lot of flammable gases may be generated, and the thermal stability of the positive electrode active material itself may also be sharply lowered, resulting in collapse (explosion) with a lot of heat generation. In order to safely use the battery and to use it for a long time, the problems caused by the overcharge and other surroundings do not occur, and the internal components of the battery must be protected.

따라서, 전지 구동 시 일어날 수 있는 내부 반응에 대한 분석이 이루어지고, 어느 부분에서 어떠한 이유로 이상 반응들이 일어나는지를 알아낼 필요가 있다. 분석이 이루어진 후에는 각 이상 반응들이 해결될 수 있는 구조형태의 전지설계가 이루어져야 한다. 이를 위해 전지 내부에서 일어나는 반응에 대한 분석이 쉽고 간편하게 이루어 질 수 있도록, 챔버 본체(110) 내부에는 인시추(in-situ)로 2차 전지에서 생성되는 반응 가스를 분석하기 위한 분석기기가 장착될 수 있다. 또한, 도 3과 같이, 일정 충방전 실시 후 챔버 본체(110)로부터 2차 전지를 꺼내어 2차 전지의 전해액이나 양극과 음극의 반응 생성물에 대한 분석(예, XRD, XPS, SEM, TEM)을 통하여 전지 설계에 활용할 수 있다. XRD: X-Ray Diffraction, XPS: X-ray photoelectronSpectroscopy, SEM: Scanning Electron Microscopy, TEM: Transmission ElectronMicroscopy.Therefore, an analysis of internal reactions that may occur when the battery is driven is required, and it is necessary to find out where and why abnormal reactions occur. After the analysis has been made, a cell design of the structure in which each adverse reaction can be solved must be made. To this end, an analysis device for analyzing the reaction gas generated in the secondary battery in-situ may be equipped inside the chamber body 110 so that the analysis of the reaction occurring inside the cell can be made easily and simply. Can be. In addition, as shown in FIG. 3, after the charging and discharging is performed, the secondary battery is removed from the chamber main body 110 to analyze the reaction product of the secondary battery or the reaction product of the positive electrode and the negative electrode (eg, XRD, XPS, SEM, and TEM). It can be utilized for battery design. XRD: X-Ray Diffraction, XPS: X-ray photoelectron Spectroscopy, SEM: Scanning Electron Microscopy, TEM: Transmission Electron Microscopy.

예를 들어, 인시추(in-situ)로 2차 전지에서 생성되는 반응 가스를 분석하기 위해 질량 분석기나 LIF(Laser Induced Fluorescence) 분석기 등이 챔버 본체(110)에 설치될 수 있다. For example, a mass spectrometer or a laser induced fluorescence (LIF) analyzer or the like may be installed in the chamber body 110 to analyze the reaction gas generated in the secondary battery by in-situ.

질량 분석기, LIF 분석기는 사용자의 입력에 따라 제어장치(180)의 제어를 받을 수 있으며, 충방전 상태가 테스트되는 동안 질량 분석기는 2차 전지에서 생성되는 반응 가스의 질량 분석을 위한 정보를 제어장치(180)로 전송할 수 있고, 제어장치(180)는 질량 분석기로부터의 정보를 처리하여 디스플레이 수단에 해당 가스(예, CO2, O2, H2 등)의 종류를 판정하기 위한 분석 정보를 표시할 수 있다. 또한, 충방전 상태가 테스트되는 동안 LIF 분석기는 2차 전지에서 생성되는 반응 가스에 대한 LIF(Laser Induced Fluorescence) 분석에 필요한 정보를 제어장치(180)로 전송할 수 있고, 제어장치(180)는 LIF 분석기로부터의 정보를 처리하여 디스플레이 수단에 해당 가스의 종류를 판정하기 위한 분석 정보를 표시할 수 있다. 질량 분석기는 반응 가스(이온)를 전기장이나 자기장에서 가속시켜 휘는 성질을 이용하여 해당 위치별 정보를 산출함으로써 대상 입자의 질량을　정밀하게 측정하는 장치이다. LIF 분석기는 레이저가 입사된 반응 가스의 빛의 세기에 대한 정보를 측정한다. The mass spectrometer and the LIF analyzer may be controlled by the controller 180 according to a user's input. The mass spectrometer controls information for mass spectrometry of the reaction gas generated in the secondary battery while the charge / discharge state is tested. And the controller 180 processes the information from the mass spectrometer and displays analysis information for determining the type of the gas (eg, CO 2 , O 2 , H 2, etc.) on the display means. can do. In addition, while the charge / discharge state is tested, the LIF analyzer may transmit information required for laser induced fluorescence (LIF) analysis on the reaction gas generated in the secondary battery to the controller 180, and the controller 180 may transmit the LIF. The information from the analyzer can be processed to display analysis information for determining the type of the gas on the display means. A mass spectrometer is a device for precisely measuring the mass of a target particle by calculating the position-specific information by using a property of accelerating and bending a reaction gas (ion) in an electric or magnetic field. The LIF analyzer measures information about the light intensity of the reaction gas into which the laser is incident.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

Claims (8)

2차 전지의 충방전 테스트를 위한 다중 전극 셀 테스트 장치에 있어서,
챔버 본체;
상기 챔버 본체를 덮기 위하여 결합되는 하부 지지판과 상부 덮개판;
상기 챔버 본체의 측벽에 결합된 상기 챔버 본체 내부의 진공도를 측정하는 진공 게이지;
상기 챔버 본체의 측벽에 결합된 상기 챔버 본체 내부를 조망하기 위한 조망창;
상기 상부 덮개판을 관통하는 홀에 결합되어 상기 챔버 본체 내부로 가스 공급을 위한 가스 인렛 라인;
상기 상부 덮개판을 관통하는 다른 홀에 결합되어 상기 챔버 본체 내부의 가스를 배출하기 위한 가스 아웃렛 라인;
상기 상부 덮개판을 관통하는 또 다른 홀에 결합되어 상기 챔버 본체 내부에 장착된 복수의 2차 전지에 전원을 공급하기 위한 복수의 전극 피드쓰루;
상기 복수의 전극 피드쓰루와 케이블로 연결되어 상기 복수의 2차 전지의 충방전 테스트 중 전원을 공급하기 위한 전원장치; 및
상기 복수의 2차 전지의 충방전 테스트 중, 상기 전원장치를 제어하여 선택한 전원이 복수의 전극 피드쓰루 중 해당 전극 피드쓰루로 공급되도록 제어하는 제어장치
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 전극 셀 테스트 장치.In the multi-electrode cell test apparatus for the charge and discharge test of the secondary battery,
A chamber body;
A lower support plate and an upper cover plate coupled to cover the chamber body;
A vacuum gauge for measuring a degree of vacuum inside the chamber body coupled to the side wall of the chamber body;
A viewing window for viewing the inside of the chamber body coupled to the side wall of the chamber body;
A gas inlet line coupled to a hole passing through the upper cover plate to supply gas into the chamber body;
A gas outlet line coupled to another hole passing through the upper cover plate for discharging gas inside the chamber body;
A plurality of electrode feedthroughs coupled to another hole penetrating through the upper cover plate to supply power to a plurality of secondary batteries mounted inside the chamber body;
A power supply device connected to the plurality of electrode feedthroughs and a cable to supply power during charge / discharge tests of the plurality of secondary batteries; And
During the charge / discharge test of the plurality of secondary batteries, a control device for controlling the power supply so that the selected power is supplied to the corresponding electrode feedthrough of the plurality of electrode feedthroughs.
Multi-electrode cell test apparatus comprising a. 제1항에 있어서,
상기 가스 인렛 라인으로 상기 복수의 2차 전지의 충방전 테스트 중 가스를 공급하는 가스 공급기를 더 포함하며,
상기 제어 장치는 상기 가스 공급기도 제어하여 선택한 한 종류 이상의 가스가 상기 챔버 본체 내부로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다중 전극 셀 테스트 장치.The method of claim 1,
The gas inlet line further comprises a gas supply for supplying gas during the charge and discharge test of the plurality of secondary batteries,
The control device also controls the gas supplier to control the selected one or more kinds of gas to be supplied into the chamber body, characterized in that the multi-electrode cell test apparatus. 제2항에 있어서,
상기 제어장치는, 상기 충방전 테스트 중, 상기 가스 인렛 라인의 가스 인렛에 설치된 밸브와 상기 가스 아웃렛 라인의 가스 아웃렛에 설치된 진공 펌프를 제어하여, 상기 챔버 본체 내부를 미리 설정한 진공도로 유지시키는 것을 특징으로 하는 다중 전극 셀 테스트 장치.3. The method of claim 2,
The control device controls the valve installed in the gas inlet of the gas inlet line and the vacuum pump installed in the gas outlet of the gas outlet line during the charge and discharge test to maintain the inside of the chamber body at a predetermined vacuum. A multi-electrode cell test device, characterized in that. 제2항에 있어서,
상기 2차 전지의 충방전 테스트 동안 상기 2차 전지 내부에서 생성되는 반응 가스를 분석하기 위해 상기 챔버 본체 내부에 장착된 분석기기
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 전극 셀 테스트 장치.3. The method of claim 2,
Analyzer mounted inside the chamber body for analyzing the reaction gas generated inside the secondary battery during the charge and discharge test of the secondary battery
The multi-electrode cell test apparatus further comprises. 제4항에 있어서,
상기 분석기기는, 상기 반응 가스의 질량 분석으로 가스의 종류를 판정하기 위한 질량 분석기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 전극 셀 테스트 장치.5. The method of claim 4,
The analyzer is a mass analyzer for determining the type of gas by mass spectrometry of the reaction gas.
Multi-electrode cell test apparatus comprising a. 제4항에 있어서,
상기 분석기기는, 상기 반응 가스에 대한 LIF(Laser Induced Fluorescence) 분석으로 가스의 종류를 판정하기 위한 LIF 분석기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 전극 셀 테스트 장치.5. The method of claim 4,
The analyzer is a LIF analyzer for determining the type of gas by laser induced fluorescence (LIF) analysis of the reaction gas
Multi-electrode cell test apparatus comprising a. 제2항에 있어서,
상기 제어장치에 의한 제어로 상기 챔버 본체 내부의 온도 제어를 위한 가열/냉각기, 또는 상기 챔버 본체 내부의 온도를 감지하기 위한 온도 센서
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 전극 셀 테스트 장치.3. The method of claim 2,
Heating / cooler for temperature control in the chamber body or temperature sensor for sensing a temperature in the chamber body by the control device
The multi-electrode cell test apparatus further comprises. 제2항에 있어서,
상기 제어장치에 의한 제어로 상기 챔버 본체 내부의 습도 제어를 위한 습도 상승/하강기, 또는 상기 챔버 본체 내부의 습도를 감지하기 위한 습도 센서
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 전극 셀 테스트 장치.3. The method of claim 2,
Humidity rising / falling device for controlling humidity inside the chamber body by the control device, or humidity sensor for sensing the humidity inside the chamber body
The multi-electrode cell test apparatus further comprises.
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